泡沫-EPS轻集料混凝土配合比及性能试验研究.pdf

2 0 1 2 年 第 4 期 (总 第 2 7 0 期 ) Nu mb e r 4 i n 2 0 1 2 ( To ml No 2 7 0 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHN0L0GY d o i ： 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 0 4 0 4 1 泡沫一 E P S轻集料混凝土配合比及性能试验研究 吴月月 。倪修全 ，王德明 ( 安徽理工大学 土木建筑学院， 安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 ) 摘要： E P S 混凝土作为一种性能优异的保温隔热材料， 广泛应用于屋面及外墙保温系统。 通过对施工工艺的改良， 将 E P S颗粒表面由 憎水性转换变为亲水性。 设计了正交试验 ， 根据试验结果及因素极差分析和功效系数法得出了最优配合比。 在最优配合比的基础上掺加发 泡剂降低其干表观密度 ， 通过对其进行物理力学性能试验 ， 研究出轻质高强的泡沫 E P S 轻骨料混凝土。 关键词： E P S 混凝土；正交试验；配合比；抗压强度；干表观密度 中图分类号 ： T U5 2 8 2 文献标志码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 O ( 2 O 1 2 ) 0 4 0 1 3 1 0 3 Ex pe r i me nt al s t udy on mi x t u r e r a t i o a nd pe r f or man c e of f o am-EPS l i g ht wei gh t c on cr e t e W U Yu e - e ， NTXi u - qu an ， W ANG De - mi n g ( D e p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e ri n g， An h u i Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， H u a i n a n 2 3 2 0 0 1 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： P o l y s t y r e n e c o nc r e t e wh i c h h a s ma n y e x c e l l e n t p e r f o r ma nc e i s a k i nd o ft h e r mal i n s u l a t i o n a n d h e a t i n s u l a t i o n ma t e r i a l ， i t i s wi d e l y u s e d i n r o o fand t h e rm a l i n s u l a t i o n s y s t e m Th r o u g h i mp r o ving c o n s t r u c ti o n t e c h no l o gy ， ma k i n g the h y d r o p h o bi c i ty o f EPS s u r f a c e c o n v e t o b y - d r o p h i l i c i t yDe s i g ns the o h o g o nal e x p e rime n t a n d g e t s the b e s t mi x t u r e r a t i o in the l i g h t o f t e s t r e s u l t ， r a n g e a n a l y s i s o f th e f a c t o r s an d e ffi c a c y c o e ffic i e n t me tho d Ba s e d o n the be s t mi x t u r e r a t i o， the e x p e r i me nt r e d u c e s d r y a p p a r e n t d e ns i t y o f ma t e r i al b y a d ding f o a m a g ent Ac c o r d i n g t o e x p e ri me n o f me c h ani c a l a n d p h y s i c a l p e r f o rm anc e the the s i s wo r k s o u t foam - E P Swi m l o wd e n s i tyandh i gh s tr e n g t h Ke y wo r d s ： p o l y s t y r e n e c o n c r e t e ； o r t h o g o n al e x p e ri me n t ； mi x t u r e r a t i o ； c o mp r e s s i o n s t r e n g t h ； d r y a p p are n t d e n s i ty 0 引言 E P S轻集料混凝土是以水泥为胶结料， 原生或再生 E P S颗 粒作为骨料， 陶砂 、 膨胀珍珠岩砂 、 浮石砂等作为细集料， 经搅 拌、 成型、 养护而制成的轻质混凝土， 因此， 具有密度低、 导热系 数小、 隔声、 抗震、 造价低 、 节能利废， 作为一种性能优异的保温 隔热材料 ， 广泛应用于屋面及外墙保温系统。 但是， E P S颗粒因 其表面憎水性， 与无机胶凝材料不湿润， 黏结效果差， 而且其密 度小， 用普通的搅拌和成型方法容易出现E P S颗粒上浮的现象 ， 会大大影响混凝土的性能和强度。 本试验通过对施工工艺的改良， 将 E P S表面由憎水性转换 变为亲水性， 大大增强了E P S颗粒与无机胶凝材料间的黏结性 能 ， 并按照正交试验设计方法进行了大量试验 ， 根据试验结果 及因素极差分析和功效系数法得出了最优配合比， 在最优配合 比的基础上掺加泡沫剂降低其干表观密度， 通过对其进行物理 力学性能试验， 研究出轻质高强的泡沫 E P S 轻骨料混凝土。 1 主要原材料及试验方法 1 1 主要原材料 ( 1 ) E P S颗粒： 采用粒径为 1 - - 4 m l n的再生 E P S颗粒 ， 堆积 密度为 3 5 k g m3 0 ( 2 ) 水泥： P C 4 2 5 级水泥， 淮南市舜岳水泥厂生产。 ( 3 ) 粉煤灰： 采用淮南市平圩电厂生产的I 级粉煤灰。 ( 4 ) 陶砂 ： 堆积密度为 5 8 6 k g m 3 ， 吸水率 1 2 9 ， 由淮南市 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 1 0 - 3 0 金瑞建材厂生产。 ( 5 ) 普通砂： 本地河砂， 细砂。 ( 6 ) 泡沫剂 ： 采用由山东东营广贸化工科技有限公司提供 的混凝 土发泡剂 G C F 1 。 ( 7 ) 搅拌水： 自来水。 1 2 试 验 方 法 ( 1 ) 抗压强度 ： 轻集料混凝土的抗压强度较低， 为满足精度 要求， 采用 YA W- 6 0 0 C微机控制电液伺服压力试验机， 混凝土 立方体试件抗压强度 厂 删 按式( 1 ) 计算： = ( 1 ) 式 中 ： F 极 限荷载 ， N； 受压面积， 1 I l l 2 。 ( 2 ) 干表观密度 ： 将试块烘干至恒重 ， 冷却至室温并用天平 称量出试块的质量 ( g ) 。 用游标卡尺量出试块的尺寸( 每边测 量上、 中、 下三处 ， 取其平均值 ) ， 并计算 出其体积 V ( c r n 3 ) 。 按 式( 2 ) 计算出干表观密度P ： p V ( 2 ) p L z 2混凝土施 工工艺及 配合 比设 计 2 1 混凝 土施 工工 艺 本试验为将 E P S颗粒表面由憎水性转换变为亲水性， 增强 了E P S颗粒与无机胶凝材料间的黏结性能， 特改良了混凝土的 l 31 施工工艺 ： 先将 E P S颗粒预处理， 通过喷洒预湿再撒人一定量 水泥干粉搅拌并静停 2 h ， 使 E P S颗粒表面形成一层硅酸盐“ 外 壳” ， 表面转变为亲水性 ， 再将余下的水泥、 水与陶砂、 普通砂及 粉煤灰搅拌， 搅拌均匀后装入试模中( 不可用振捣棒插捣混凝 土) ， 在振动台上振动成型。 2 2配合 比设 计 本试验分两个阶段进行， 第一阶段为确定最优配合比， 由于 是轻骨料混凝土， 在设计配合 比时采用的是松散体积法 ， 以水 泥用量 、 总用水量、 陶砂与总体积之比及总体积这四个因素， 每 个因素三个水平， 设计了正交试验表 ( 3 ) ， 混凝土各部分用量 如表 l 所示。 分析第一阶段的试验结果 ， 选出 E P S轻骨料混凝土 的最优配合 比， 第二阶段在最优配合比的基础上掺加泡沫剂降 低其干表观密度， 通过对其进行物理力学性能试验选出轻质高 强的泡沫 E P S轻骨料混凝土。 表 1 粉煤灰掺 量为 2 0 的水平效应与因素极差分 析表 3 试验结果及 比较分析 3 1 第一阶段试验结果及分析 ( 1 ) E P S颗粒的密度很低， 在压力的作用下会产生明显的 变形， 骨料 自身的强度很低， 使其在混凝土中基本上起不到骨 架的作用， 就如图 1 所示的混凝土宏观堆聚结构中的“ 漂浮” 集 结型， E P S如同“ 漂浮” 在水泥砂浆基体中一样， 因此 E P S轻集 料混凝土的强度主要来 自于水泥砂浆的强度 ， 利用水泥水化作 用产生的水化产物将轻骨料黏结在一起， 从而形成强度。 ( 2 ) 表 2计算 出了各因素各水平的极差值 ， 由极差值的大 小可以确定各因素对于考核指标的影响， 即极差值大的因素对 考核指标的影响较大 ， 而极差值小的因素对考核指标的影响较 图 1 “ 漂浮” 集结型 小， 由表中可以得出A B D C， 说明水泥用量对考核指标影响 最大， 且最好的水平为 A2 B 2 C 3 D ， 即基准配合比J Z 一 5 。 表 2 正交试验极差分析表 ( 3 ) 在一定范围内， 试块的抗压强度随着干表观密度的增 加而呈非线性增长， 混凝土越密实 ， 干表观密度越大， 抗压强度 也越大。 这是因为， 设计混凝土配合比时， 当水灰比适中， E P S 颗 粒用量较少， 而陶砂与普通砂的用量较大时， 对混凝土强度起 决定作用的水泥砂浆较多， 骨料之间的空隙更充分得到填充， 因 而强度变高 。 ( 4 ) 我们要求的是轻质高强的混凝土 ， 但是混凝土的两个 考核指标干表观密度和抗压强度的要求是相互矛盾的， 强 度高的保温材料密度大 ， 密度小的保温材料强度低 ， 因此在给 每一个指标赋予功效系数时， 抗压强度越高越好 ， 而干表观密 度越低越好 ， 根据功效系数法计算这两个指标的功效系数以及 总功效系数 ， 如表 3所示。 从表中可以得出， 在基准配合 比J Z 5 下试块的总功效系数最大， 这与因素极差分析结果相一致， 因此 1 32 以基准配合比 J z 5作为最优配合比。 3 2 第二阶段试验结果及分析 为了研制出轻质高强的 E P S混凝土， 根据第一阶段的试验 结果， 选择基准配合比 J Z 5 作为最优配合比， 在这个配合比下， 混凝土的抗压强度最高， 但此时的干表观密度相对较大 ， 因此 在此基础上通过掺加 G C F 1 混凝土泡沫剂来降低其干表观密 度， 从中选择出干表观密度较小而抗压强度较高的 E P S轻集料 混凝土， 不同泡沫剂掺量的测试结果如表 4所示。 本试验引入气泡的方式是边搅拌边发泡， 即将称量好的 发泡剂倒人 E P S颗粒预处理后余下的混凝土拌合用水中， 混 合均匀后按照余下的施工工艺进行搅拌 ， 利用搅拌机的高速 叶片边搅拌发泡边与水泥砂浆拌合 ， 搅拌完成后装模及振动 成型 。 表 3 正交试验分析表 时 = 、 疆 4 0 9 6 0 9 8 0 1 00 0 1 0 2 0 1 0 4 0 l 0 6 0 干表观 密度 ( k g m ) 图 2 基准 混凝土抗压强度与千表观密度 的关 系 表 4 不 同泡沫剂掺量的测试结果 混凝土 泡沫剂 量 ( k g m ) 图 3 混凝 土泡沫剂掺量与抗压 强度之 间的关 系 一 1 0 5 0 1 0 0 0 9 5 o 熏9 o 0 8 5 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 混凝土泡沫剂量 ( k g m ) 图 4 混凝土泡沫剂掺量与干表观密度之间的关系 ( 1 ) 在混凝土中引入发泡剂 ， 会在水泥砂浆中产生大量微 小的气泡 ， 这些气泡会 占用水泥砂浆以及 E P S颗粒的体积， 随着 泡沫剂掺量的增加， 气泡数量也会增加， 使得水泥砂浆的体积 相对越来越小 ， 由表 4可以看出， 泡沫剂的掺量越大， 混凝土的 抗压强度及干表观密度越小。 ( 2 ) 混凝土搅拌完成装模时， 不可用振捣棒插捣以防止混 凝土中的气泡及 E P S颗粒破裂， 这是因为 ， 气泡破裂会使原先 的气泡体积被水泥砂浆或 E P S 颗粒填充， 而 E P S 颗粒破裂会使 水泥砂浆进入 E P S 颗粒内部， 造成表观密度的增大和 E P S 颗粒 外部水泥砂浆的减少， 从而对试验结果产生影响。 ( 3 ) 由图 3和图 4可以看出， 在混凝土中泡沫剂掺量为 0 1 0 k g m 范围内， 随着泡沫剂掺量的增加， 混凝土抗压强度和干 表观密度始终呈下降的趋势 ， 我们可以根据实际具体要求来选 择合适的泡沫剂掺量来达到理想的结果。 4结 论 通过将 E P S颗粒预处理， 将 E P S表面由憎水性转换变为亲 水性， 增强了E P S颗粒与无机胶凝材料间的黏结性能； E P S轻集 料混凝土的强度主要来 自于水泥砂浆的强度， 利用水泥水化作 用产生的水化产物将轻骨料黏结在一起 ； i S t 计正交试验表并通 过极差分析得出水泥用量是影响抗压强度的最主要因素 ； 混凝 土的抗压强度在一定范围内随着干表观密度的增加而呈非线 性增长， 混凝土越密实， 干表观密度越大 ， 抗压强度也越大； 利 用功效系数法确定基准配合比J Z 5 为最优配合比。 在最优配合比的基础上通过掺加 GC F 1 混凝土泡沫剂来降 低其干表观密度， 混凝土泡沫剂掺量为 0 - 1 0 k g m3 范围内， 随着 泡沫剂掺量的增加， 混凝土抗压强度和干表观密度始终呈下降的 趋势， 要注意的是混凝土搅拌完成装模时， 不可用振捣棒插捣以防 止混凝土中的气泡及E P S颗粒破裂， 造成对试验结果产生影响。 参考 文献 ： l 赵晓艳 ， 田稳苓， 周明杰， 等 E P S 轻集料混凝土配合比及性能试验 研究 J 混凝土， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 5 9 6 2 2 彭家惠， 陈明凤， 张建新E P S 表面改性及其保温砂浆的耐候性与抗 裂性 J 重庆大学学报 ： 自然科学版， 2 o 0 2 ( 1 ) ： 2 4 2 7 3 】付殿武 ， 李凤起， 王祥， 等E P S 轻集料混凝土强度破坏理论的研究阴 沈阳建筑大学学报： 自然科学版， 2 O L O ( 5 ) ： 4 6 9 - 4 7 3 4 曾珍， 张雄 泡沫 E P S保温砂浆的最佳配合比及其性能研究l J J 新型 建筑材料， 2 0 0 5 ( 1 2 ) ： 1 8 2 1 【 5 】姜德民， 杜明军， 潘大林 ， 等 提高 E r , s 轻骨料混凝土强度的研究J J 建筑技术 ， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 2 7 2 9 6 16 李俊， 尹健， 周士琼， 等基于正交试验的再生骨料混凝土强度研究叨 土木工程学报， 2 0 0 6 ( 9 ) ： 4 3 4 6 7 】王正权， 龚延风 E P S 保温砂浆配合比试验分析 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 5 ( 4 ) 8 李继业， 刘福胜 新型混凝土实用技术手册 M _ E 京： 化学工业出版 社 ， 2 0 0 5 【 9 】 J G J 5 1 2 o 0 2 ， 轻骨料混凝土技术规程【 s 】 E 京： 中国建筑工业出版 社 。 1 9 9 0 作者简介： 吴月月( 1 9 8 5 一 ) ， 女， 硕士， 研究方向 ： 节能保温轻型墙板和 楼板研制。 联系地址： 安徽省淮南市田家庵区舜耕中路 1 6 8 号 安徽理工大学校 本部( 2 3 2 0 0 1 ) 联 系电话 ： 1 3 7 2 1 1 2 7 7 6 2 1 33